安徽老山自然保護區(qū)肖坑小流域森林景觀要素斑塊特征

劉西軍，吳澤民，黃慶豐

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與園林學(xué)院，安徽 合肥 230036）

斑塊特征是研究景觀要素特征的主要參數(shù)之一，也是景觀生態(tài)學(xué)的研究基礎(chǔ)問題之一。景觀要素的斑塊特征主要表現(xiàn)為斑塊的大小、數(shù)量和形狀［1－2］，既決定于斑塊所處立地的地形地貌特征和斑塊群落特征，又取決于斑塊演替階段和干擾狀況［3－4］。斑塊的大小對斑塊內(nèi)部及斑塊之間的物質(zhì)和能量、斑塊穩(wěn)定性與周轉(zhuǎn)率、斑塊的生物多樣性等都有著重要的影響，進而影響物種種群數(shù)量和生態(tài)行為；斑塊的周長影響著斑塊的形狀及邊界復(fù)雜程度［5］。森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，其斑塊特征對區(qū)域的生態(tài)平衡有較大影響［6－7］。森林景觀的斑塊特征對生物多樣性保護和森林生境質(zhì)量的影響已有不少研究成果，國外對森林經(jīng)營活動，特別是森林采伐與森林景觀斑塊特征的關(guān)系研究較多［8］；國內(nèi)郭晉平等［9］研究了森林景觀恢復(fù)過程中景觀要素斑塊特征的變化過程和規(guī)律，劉惠明、錢樂祥、何東進等［10－12］分別對廣州市帽峰山森林景觀、伊洛河流域森林景觀、武夷山風(fēng)景名勝區(qū)景觀要素斑塊特征進行了研究。研究森林景觀的斑塊特征，有利于了解人類活動對森林景觀的干擾程度，為人類脅迫下的森林景觀經(jīng)營管理，改善生態(tài)環(huán)境及森林資源的可持續(xù)利用提供科學(xué)的依據(jù)［13］。肖坑小流域隸屬安徽省老山自然保護區(qū)，由于人類經(jīng)營活動（采茶Camellia sinensis、森林旅游游客數(shù)量劇增等）和野生動物（野豬Sus scrofa等）活動強度的增加對保護區(qū)造成很大的壓力。如何加強景觀生態(tài)建設(shè)與生態(tài)旅游管理，保護好生態(tài)環(huán)境，是該流域自然保護區(qū)管理中亟待解決的問題。因此，以肖坑小流域森林景觀為研究對象，在景觀類型劃分的基礎(chǔ)上，對其森林景觀要素的斑塊特征進行了初步分析，旨在揭示不同森林景觀要素在自然保護區(qū)中的作用與地位以及受干擾的影響程度和破碎化，為進一步維護森林景觀多樣性與保護區(qū)生境以及合理經(jīng)營提供理論依據(jù)［13－14］。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)隸屬于安徽省老山自然保護區(qū)，位于全國首個生態(tài)經(jīng)濟示范區(qū)及安徽省 “生態(tài)安徽”建設(shè)首批綜合示范試點市——池州市境內(nèi)。肖坑小流域?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，≥10℃活動積溫為4 500℃，年平均氣溫16.4℃，極端高溫40.9℃，極端低溫－8.5℃，無霜期227 d，多霧；平均太陽輻射為 51.12 kJ·cm－2，年平均日照為 1 967.6 h；年降水量為 1 300～1 800 mm，年平均降水量為 1 550 mm，年內(nèi)降水主要集中在4～9月，雨水集中，多以汛期暴雨形式出現(xiàn)，年平均暴雨強度為76.7 mm。地貌特征以中低山為主，局部為丘陵、崗地，并有河流沖積地貌和巖溶地貌等幾個類型，海拔一般為400 m以上。地勢由南向北傾斜。地帶性土壤為山地黃紅壤，土壤垂直分布明顯，母巖為石灰?guī)r。

肖坑小流域植物資源極其豐富，歷史上森林茂密，山清水秀，自然條件復(fù)雜，但由于諸多原因，森林屢遭破壞，一些古老林木已蕩然無存，生態(tài)環(huán)境嚴重惡化，森林覆蓋率一度下降到75%以下。20世紀70年代初期，肖坑小流域流域采取封山育林恢復(fù)森林植被，禁止亂砍濫伐，并且實施了小流域綜合治理工程。

2 研究方法

2.1 森林景觀要素類型的劃分

按照景觀生態(tài)分類原則，依據(jù)土地利用特征、植被的群落類型、組成樹種特征和在航片上的影響特征進行分類并制圖。將肖坑小流域森林景觀劃分為7個一級景觀類型和15個二級景觀類型。其中：一級景觀包括闊葉林景觀（A），針闊混交林景觀（B），針葉林景觀（C），毛竹 Phyllostachys pubescens林景觀（D），經(jīng)濟林景觀（E），灌叢景觀（F）和居民點景觀（G）；二級景觀包括常綠喬木林景觀（甜櫧Castanopsis eyrei，苦櫧 C.sclerophylla 等）（A1），常綠灌木林景觀（烏岡櫟 Quercus phillyraeoides）（A2），常綠落葉闊葉混交林景觀（A3），落葉常綠闊葉混交林景觀（A4），檫木 Sassafras tsumu混交林景觀（A5），檫木人工林景觀（A6），杉木Cunninghamia lanceolata闊葉混交林景觀（B1），馬尾松 Pinus massoniana闊葉混交林景觀（B2），杉木純林景觀（C1），馬尾松純林景觀（C2），毛竹純林景觀（D1），毛竹杉木混交林景觀（D2），毛竹闊葉混交林景觀（D3），茶Camellia sinensis園景觀（E1）和板栗Castanea mollissima景觀（E2）。灌叢景觀和居民點景觀都比較單一，不再細分。因此，在肖坑小流域森林景觀中，共有17個景觀要素。

2.2 森林景觀要素斑塊特征分析

通過數(shù)字化景觀類型分布圖，統(tǒng)計各景觀要素斑塊數(shù)、斑塊面積、周長、各景觀要素的總面積和周長等數(shù)據(jù)，選用景觀要素斑塊密度、平均斑塊面積、平均斑塊周長、斑塊面積標準差、變動系數(shù)、斑塊體形狀系數(shù)、斑塊近園率和分數(shù)維等景觀指數(shù)［4，7］進行分析評價。在本研究中，只探討斑塊特征，河流和道路2種廊道不作研究。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀要素的面積特征

17種森林景觀要素的面積統(tǒng)計結(jié)果見表1。肖坑小流域森林景觀總面積為3 652.59 hm2，景觀要素的平均面積為192.24 hm2。各景觀要素面積分布極不平衡，面積最大的是常綠落葉闊葉混交林景觀，為1 250.54 hm2，其次是落葉常綠闊葉混交林景觀，面積為1 178.22 hm2，最小的是馬尾松闊葉混交林景觀，僅為 0.28 hm2。各景觀要素面積順序為：B2＜E2＜D2＜A1＜D3＜C2＜A6＜B1＜G＜F＜A5＜A2＜E1＜C1＜D1＜A4＜A3。常綠與落葉混交的2種闊葉林景觀的面積為2 428.76 hm2，占整個景區(qū)面積的66.49%，是肖坑小流域森林景觀的主導(dǎo)景觀類型；毛竹純林、杉木純林和茶園景觀的面積分別為392.15，296.50和250.99 hm2，分別占整個景區(qū)面積的10.74%，8.12%和6.87%，三者面積之和占全區(qū)面積的25.73%，是肖坑小流域3種主要景觀類型，而其余各景觀類型的面積均較小，為72.18～90.28 hm2。從各景觀要素的貢獻率（景觀要素面積占整個景觀面積的比例）也可以得到進一步證實，除常綠與落葉混交的闊葉林、毛竹純林、杉木純林和茶園景觀要素的貢獻率大于6%外，其余景觀要素的貢獻率均小于2%。景觀要素斑塊面積的變動系數(shù)與標準差反映了同一景觀要素中斑塊面積的變動程度大小。17種景觀要素斑塊面積的標準差與變動系數(shù)大小順序分別為：A6＝B2＝E2＜D3＜A1＜D2＜G＜C2＜E1＜B1＜A2＜C1＜A5＜F＜D1＜A3＜A4與 A6＝B2＝E2＜A2＜D3＜D2＜A1＜C2＜A5＜A4＜F1＜B1＜A3＜C1＜E1＜G＜D1。因此，闊葉林在整個景區(qū)發(fā)揮著重要的生態(tài)保護作用。

表1 肖坑小流域森林景觀要素面積特征分析表Table 1 Area properties of forest landscape elements in Xiaokeng Small Watershed

各景觀要素斑塊平均面積的差異較景觀要素面積的差異有所減少，其中，落葉常綠闊葉混交林景觀的平均斑塊面積最大（39.27 hm2），馬尾松闊葉混交林則最小（0.28 hm2）。景觀要素平均斑塊面積大小順序為：B2＜G＜E2＜A1＜D2＜D3＜E1＜B1＜C2＜C1＜D1＜A5＜F＜A6＜A3＜A2＜A4。平均斑塊面積越大，景觀連通性就越好，反之就越差。闊葉林各景觀要素的平均斑塊均較大，表明闊葉林景觀的連通性好，破碎化程度低，而居住地的破碎化程度最高；茶園、毛竹林存在比較嚴重的破碎化現(xiàn)象。

景觀要素斑塊按照斑塊面積劃分為5個等級，并對各個斑塊等級的斑塊數(shù)分別進行統(tǒng)計（表2～3）。

表2 景觀要素斑塊大小等級標準Table 2 Patch size criterion of landscape elements

表3 肖坑小流域森林景觀要素斑塊面積粒級結(jié)構(gòu)分析表Table 3 Grain structure of forest landscape elements in Xiaokeng Small Watershed

由表3可知，斑塊大小等級存在明顯的差異。小斑塊最多，有211個，占全部斑塊總數(shù)的68.95%；中斑塊和大斑塊相對較多，分別有30個和38個，各占總斑塊數(shù)的9.80%和12.42%；超大斑塊和巨斑塊相對較少，超大斑塊和巨斑塊主要集中在闊葉林類型，表明肖坑小流域森林景觀的破碎化嚴重，受到了較大的人為干擾，斑塊粒級結(jié)構(gòu)比較細密，屬細粒狀結(jié)構(gòu)［15］。

3.2 景觀要素的周長特征

景觀要素總周長為452.99 km，平均景觀要素周長為23.84 km。各景觀要素周長特征統(tǒng)計結(jié)果列表4。從表4可知，各景觀要素的周長也存在較大的差異，最大的是常綠落葉闊葉混交林景觀（130.92 km），最小的是馬尾松混交林（0.22 km）。景觀要素周長的順序為：B2＜E2＜D2＜A1＜A6＜D3＜C2＜F＜B1＜A2＜A5＜G＜D1＜C1＜E1＜A4＜A3。由于斑塊較規(guī)整，斑塊周長受面積的影響較大，因此，主導(dǎo)景觀要素的周長仍居主導(dǎo)地位，而馬尾松闊葉混交林、毛竹杉木闊葉混交林等景觀的周長仍較小。從景觀要素斑塊周長的標準差與極差上來看，闊葉林景觀要素斑塊的周長差異顯著，其他景觀要素斑塊周長變幅較小。各景觀要素斑塊平均周長的順序為：B2＜G＜E2＜A1＜D2＜D3＜E1＜C2＜B1＜C1＜D1＜F＜A5＜A3＜A6＜A2＜A4。闊葉林景觀的斑塊平均周長和景觀要素周長與景觀總周長的比例都較大，與其他斑塊接觸的機會較多，有利于邊緣物種的分布和森林群落的進展演替。景觀要素邊界密度（景觀要素周長/景觀要素面積）是對一個景觀要素單位面積擁有周長的量度，反映景觀要素的破碎化程度［16］。景觀要素的邊界密度以居住地、茶園和毛竹混交林等景觀較大，破碎化程度較高而常綠與落葉混交的闊葉林景觀要素的破碎化程度低。

3.3 景觀要素的破碎化

肖坑小流域共有森林景觀斑塊306個，平均每個景觀擁有要素斑塊16.11個（表5）。各景觀要素擁有的斑塊數(shù)分布極不平衡，其中擁有較多斑塊數(shù)的是茶園（87個，景觀要素斑塊數(shù)/景觀總斑塊數(shù)高達28.43%）、杉木純林（40個），而檫木人工林、馬尾松闊葉混交林和板栗林景觀要素的斑塊數(shù)最小，均為1個。景觀要素的斑塊數(shù)分布與面積、周長的分布之間并沒有明顯的規(guī)律性，如居住地的面積較小，卻擁有較多的斑塊，而常綠與落葉混交的闊葉林的面積最大，擁有的斑塊數(shù)卻不是最多，這主要與景觀要素的破碎化程度有關(guān)［17］，表明茶園、杉木純林的破碎化最為嚴重。景觀要素的斑塊密度（景觀要素斑塊數(shù)/景觀要素面積）從另一個角度反映了景觀要素的破碎化程度，是測度景觀破碎化程度的重要指標之一。斑塊密度最大的是馬尾松混交林（3.571 4個·hm-2），其次是居民點（1.360 0個·hm-2），而4類闊葉林景觀要素斑塊密度均較?。ń孕∮?.050 0個·hm-2），其中最低的為落葉常綠闊葉混交林，僅為0.025 5個·hm-2。因此，各景觀要素的破碎化程度差異明顯，闊葉林景觀破碎化程度低，而居住地、茶園景觀的破碎化程度高，這又進一步驗證了前面相關(guān)的論斷。

表4 肖坑小流域森林景觀要素周長特征分析表Table 4 Perimeter properties of forest landscape elements in Xiaokeng Small Watershed

3.4 景觀要素斑塊形狀特征

斑塊體形狀系數(shù)和斑塊近圓率反映空間斑塊整體構(gòu)圖上偏離圓形的程度［18－20］。森林景觀要素斑塊的斑塊體形狀系數(shù)為1.181～2.204，斑塊近圓率的范圍是1.670～3.117，其中，灌叢斑塊的形狀指數(shù)為2.204，近圓率達3.117，周邊最發(fā)達；馬尾松闊葉混交林的斑塊體形狀系數(shù)和斑塊近圓率均最小。所有斑塊的斑塊近圓率均比斑塊體形狀系數(shù)大，且2種指標的大小排序完全一致，均為 B2＜E1＜D2＜A1＜D3＜G＜C2＜C1＜A2＜E2＜D1＜A6＜A4＜A3＜A5＜B1＜F。與以往研究相比，2種指數(shù)均偏小，斑塊的形狀較簡單，結(jié)果見表6。值得指出的是，天然次生林受人類的影響相對較小，處于演替序列的后期階段，其斑塊形狀指數(shù)（斑塊近圓率）都比較大，而人工和經(jīng)濟林等景觀類型的斑塊形狀指數(shù)則相對較小，尤其是茶園。

表5 肖坑小流域森林景觀要素斑塊密度特征分析表Table 5 Densities of patches of forest landscape elements in Xiaokeng Small Watershed

表6 肖坑小流域森林景觀要素斑塊形狀特征表Table 6 Patch shape characteristics of forest landscape elements in Xiaokeng Small Watershed

17種森林景觀要素類型中，杉木闊葉混交林、檫木混交林、常綠灌木林、檫木人工林、馬尾松闊葉混交林和板栗等6種類型的斑塊較少，不能進行回歸統(tǒng)計，不計算分數(shù)維；其他11種森林景觀要素類型斑塊的分數(shù)維為1.044 9～1.501 6。毛竹闊葉混交林和毛竹杉木混交林的分數(shù)維較高，分別是1.501 6和1.341 4；檫木混交林和常綠灌木林的分數(shù)維最小，與斑塊數(shù)量和分布特性有關(guān)；其他森林類型斑塊的分數(shù)維均趨近于1，表明肖坑小流域森林景觀要素的自我相似性都很強，形狀很規(guī)則，林相整齊，斑塊的幾何形狀趨近于簡單，肖坑小流域雖封山育林多年，分數(shù)維指標仍顯示了歷史上干擾的嚴重性，與斑塊體形狀系數(shù)和近圓率的趨勢相一致。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

對17種森林景觀要素的面積、周長、斑塊數(shù)和形狀等斑塊特征進行分析，結(jié)果表明：常綠與落葉混交的闊葉林面積為242 8.76 hm2，占總面積的66.49%；周長為229.54 km，占總周長的50.67%，是流域的主導(dǎo)景觀類型；毛竹純林、杉木純林和茶園景觀的面積之和為939.64 hm2，占全區(qū)面積的25.73%；周長為171.44 km，占總周長的37.85%，是3類主要景觀類型。森林景觀受到了較大的人為干擾，斑塊以小斑塊為主，斑塊粒級結(jié)構(gòu)比較細密，屬細粒狀結(jié)構(gòu)。

景觀要素的面積、周長和斑塊數(shù)分布均極不平衡，但從總體趨勢上看，各景觀要素面積分布與周長分布極為相似，面積大的景觀要素擁有的周長亦較大，斑塊較規(guī)整，但景觀要素的斑塊數(shù)分布卻沒有明顯的規(guī)律性，19個景觀要素斑塊數(shù)的順序排列與面積、周長分布差異較大，表現(xiàn)出較大的破碎化。

從斑塊形狀特征來看，肖坑小流域森林景觀要素的斑塊形狀較簡單，雖然天然次生林的斑塊形狀指數(shù)（斑塊近圓率）相對較大，但人工林和經(jīng)濟林，特別是茶園的斑塊形狀指數(shù)較小。景觀要素的斑塊特征（面積、周長、斑塊數(shù)和形狀）分析結(jié)果一致表明，闊葉林景觀的連通性好，破碎化程度低；毛竹純林、杉木純林和茶園等人工或半人工經(jīng)營景觀的破碎化程度高，景觀連通性和擴張性較弱，表明受到強烈的人類經(jīng)營活動干擾。

4.2 討論

肖坑小流域在歷史上曾經(jīng)因為大肆砍伐樹木造成環(huán)境的破壞。在經(jīng)過近40 a的封山育林后，形成了目前的景觀特點，但尚未達到當(dāng)?shù)氐貛灾脖坏目傮w特征。尤其是肖坑外圍森林植被遭受到更為嚴重的破壞，更應(yīng)該加強對肖坑小流域的保護，特別是對各種混交的闊葉林的保護。針對毛竹純林、杉木純林和茶園景觀的破碎化比較嚴重，今后要采取集中成片集約化經(jīng)營，減少毛竹純林、杉木純林和茶園等小斑塊碎片的產(chǎn)生。

肖坑小流域在封山育林之后，農(nóng)戶的收入主要依靠當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)野生茶葉和生態(tài)旅游，但是過度的采茶和盲目的開發(fā)旅游對生態(tài)環(huán)境破壞極為嚴重，在今后的開發(fā)利用過程中要特別重視對環(huán)境的保護，建議控制游客人數(shù)，并對采茶、野生動物進行適度控制，減少干擾的程度和頻率。

本研究只是對現(xiàn)階段森林景觀斑塊的特征進行了分析，今后將繼續(xù)研究斑塊的動態(tài)變化及其生態(tài)過程，進一步提出各種景觀要素的經(jīng)營措施。

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